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Aus ästhetischen sowie Design- bzw.
lichttechnischen Gründen
werden häufig
nicht Klarglas-Scheiben für
Möbel oder
Gebäude
verwendet, sondern Flächen
aus mattiertem Glas. Mattiertes Glas wird durch Sandstrahlen, Ätzen oder
Bekleben mit einer mattierten Folie hergestellt.
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Auch transparente Kunststoffe können in
geeigneter Weise mattiert werden. Ein Beispiel dafür ist mattiertes
PMMA (Polymethylmethacrylat). PMMA kann ebenso wie Glas durch mechanische
bzw. chemische Bearbeitung mattiert werden. Eine andere Methode
ist das Polymerisieren von Methylmethacrylat (MMA) zwischen mattierten
Glasscheiben. Bei der Extrusion von PMMA Formmassen lässt sich
durch Zugabe von Lichtstreuperlen ebenfalls ein optisch matter Eindruck
erzeugen. Beim Erkalten der Schmelze und dem damit verbundenen Schrumpfen
an der Oberfläche
bewirken die thermisch stabileren Lichtstreuperlen eine matt strukturierte
Oberfläche.
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Das Verkleben von mattierten Produkten,
insbesondere Produkten aus PMMA, konnte bislang nur mit Polymerisationsklebstoffen
vorgenommen werden.
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Polymerisationsklebstoffe auf Basis
von Polymethylmethacrylat-Basis sind bekannt und handelsüblich (siehe
z. B.
EP 548 740 oder
EP 675 184 ). Es handelt sich
dabei z. B. um Lösungen
von Polymethylmethacrylat in Methylmethacrylat, einem sogenannten
Sirup, der mittels eines Polymerisationsinitiators polymerisiert
wird. Bei dem Polymerisationsinitiator handelt es sich um einen
Radikalstarter, z. B. einen UV-Initiator,
einen Redox-Initiator oder einen thermisch oder durch Licht aktivierbaren
Radikalstarter. Der Klebstoff kann z. B. in eine V-Nut zwischen
die zu verklebenden Teile eingebracht werden, wo er polymerisiert
und zu einer besonders festen Verbindung führt.
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Handelsüblich und somit analysierbar
sind Mehrkomponenten-Klebstoffsysteme (z. B. ACRIFIX®190, RÖHM GmbH & Co KG, D-64293
Darmstadt), bei denen der Polymethylmethacrylat/Methylmethacrylat-Sirup getrennt
vom Polymerisationsinitiator, z. B. einem aromatischen Amin und
einem Benzoylperoxid, vorliegt. Zur Verarbeitung werden beide Komponenten
gemischt, vorzugsweise entgast, um Blasenbildungen vorzubeugen und
anschließend
zwischen die zu verklebenden Teile verbracht, wo das reaktive Gemisch
zu einer festen Klebverbindung aushärtet. Die Mehrkomponenten-Klebstoffsysteme
können
zusätzlich
katalysierende Verbindungen wie Metalloxide und/oder reaktionsverzögernde Verbindungen,
wie z. B. Milchsäurederivate,
enthalten, die in Kombination mit dem verwendeten Polymerisationsinitiator
die Polymerisationsdauer und die Qualität der Klebverbindung beeinflussen.
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Derartige Polymerisationsklebstoffe
eignen sich zur Verklebung von Teilen, die z. B. aus Acrylnitril-Butadien-Styrol
(ABS), Celluloseacetatbutyrat (CAB), Polystyrol (PS), Polycarbonat
(PC), Polyvinylchlorid (PVC), Styrol/α-Styrol-Copolymer (S/MS), ungesättigtem
Polyester (UP) oder Holz bestehen können, insbesondere aber für Teile
aus PMMA.
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Das Verkleben von mattiertem PMMA
mit üblichen
Polymerisationsklebstoffen führt
zu hoch glänzenden
Klebenähten,
da die ausgehärteten
Polymerisationsklebstoffe eine glänzende Oberfläche aufweisen.
Gerade die Fügezonen,
die der Betrachter von verklebten Produkten nicht wahrnehmen soll,
werden dadurch betont.
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Versuche, den optischen Eindruck
zu verbessern sind in der
JP
4,300,980 beschrieben. Dort werden dem Klebstoff Silica-Partikel
von weniger als 100 nm Durchmesser zugesetzt, um dem ausgehärteten Klebstoff einen
matten Eindruck zu verleihen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen
an das Substrat angepassten unauffälligen Klebstoff zum Verkleben
mattierter Produkte anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß wird ein Klebstoff geschaffen,
der nach dem Aushärten
eine mattierte Oberfläche
in Anpassung an die Mattigkeit von zu klebenden mattierten Produkten
aufweist.
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Der Klebstoff hat als Basis einen
Polymerisationsklebstoff, vorzugsweise einen Klebstoff auf (Meth)acrylatbasis.
Derartige Klebstoffe kleben insbesondere thermoplastische Kunststoffe.
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Dem Polymerisationsklebstoff werden
zwei verschiedene Arten von Kieselsäure als disperses Pulver zugegeben.
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Zum einen wird eine Kieselsäure zugegeben
mit einer mittleren Korngröße von ca.
1 μm bis
10 μm, vorzugsweise
zwischen 4 und 6 oder 7 μm;
denkbar ist auch ein Bereich von 1 bis 8 oder 9 μm. Diese Kieselsäure dient
als Mattierungsmittel, d. h. sie reduziert den Glanz der Oberfläche des
ausgehärteten
Klebstoffs. Wird die Korngröße deutlich
kleiner als 1 μm
gewählt,
so kommt es nicht zu dem gewünschten
Mattierungseffekt. Die Oberfläche
erscheint glatt und glänzend.
Außerdem
wird der Klebstoff-Sirup durch hochdisperses Kieselsäure-Pulver
mit einer mittleren Korngröße von weniger
als 1 μm
stark verdickt, was die Verarbeitung behindert.
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Das Mattierungsmittel alleine genügt jedoch
nicht, um einen mattierten Eindruck der Oberfläche zu erwecken. Das Mattierungsmittel
allein lässt
die Oberfläche
des ausgehärteten
Klebstoffs stumpf erscheinen.
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Eine mattierte Oberfläche weist
stets eine gewisse Oberflächenrauhigkeit
auf. Daher wird zum zweiten eine Kieselsäure zugegeben mit einer mittleren
Korngröße größer 10 μm bis ca.
200 μm.
Diese Kieselsäure dient
als Strukturgeber.
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Wird der Strukturgeber alleine dem
Klebstoff zugegeben, so erhält
man nicht den gewünschten
Mattierungseffekt. Die Oberfläche
des ausgehärteten
Klebstoffs erscheint dann strukturiert seidenglänzend.
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Die Korngröße des Strukturgebers bestimmt
die Rauhigkeit der Oberfläche
des ausgehärteten
Klebstoffs. Diese kann an die Rauhigkeit der zu verkleben Kunststoffteile
angepasst werden.
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Möchte
man Kunststoffplatten verkleben, die durch Gießen auf geätztes Glas entstanden sind
und daher zwar eine mattierte Oberfläche jedoch mit einer geringen
Rauhigkeit aufweisen, so wird vorzugsweise eine Korngröße von 11
oder 12 bis 20 μm,
insbesondere 14 bis 18 μm
für den
Strukturgeber gewählt.
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Werden hingegen Kunststoffplatten
verklebt, die im Extrusionsverfahren hergestellt wurden und denen Lichtstreuperlen
zugesetzt sind, die nach dem Extrudieren und Trocknen an der Oberfläche erscheinen,
so wird eine Korngröße des Strukturgebers
im Bereich von 25 bis 100 μm,
insbesondere 40 bis 80 μm
gewählt, angepasst
an die durch die Lichtstreuperlen bestimmte Oberflächenrauhigkeit.
Als grobe Regel kann gelten, dass die Korngröße etwa der doppelten mittleren
Oberflächenrauhigkeit
entsprechen sollte.
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Wird die Korngröße zu groß gewählt, etwa deutlich größer als
200 um, so macht die Oberfläche
des ausgehärteten
Klebstoffs keinen mattierten Eindruck mehr, sondern schlicht einen
rauhen Eindruck.
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Der erfindungsgemäße Klebstoff ist farblos transluzent.
Er ist damit geeignet, alle Platten, unabhängig von ihrer Farbe, zu kleben.
Die Klebstoffnaht passt sich in ihrer Farbe optisch an den Untergrund,
d. h. an die ggf. verklebten Kunststoffplatten, an.
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Aus Design-Gründen ist es auch möglich, den
Klebstoff durch geeignete Zusätze
einzufärben.
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Ferner ist Kieselsäure inert,
sie quillt und schäumt
nicht.
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Bei der Herstellung des Klebstoffs
werden die einzelnen Zusätze
und sonstigen Komponenten miteinander verrührt. Der zu verrührende so
genannte Sirup des Klebstoffs ist zum einen viskos. Zum anderen
ist er durch die Zugabe von Kieselsäure auch thixotrop. Beides
trägt dazu
bei, dass die beim Verrühren
der Komponenten mit dem Rührwerk
eingetragenen Luftblasen nicht mehr ungehindert entweichen können. Luftblasen
in der Klebstofflösung
sollten vor dem Einsatz des Klebstoffs wieder aus dem Sirup entfernt
werden, da sie ansonsten eine unregelmäßige Struktur des Klebstoffs
mit Hohlräumen
und Blasen an der Oberfläche
von Klebenähten
zur Folge hätten.
Dies würde
sowohl die ästhetische
Erscheinungsform als auch die Festigkeit des Klebstoffs beeinträchtigen.
Vorzugsweise wird daher dem Klebstoff ein Entschäumer zugefügt und mit dem Sirup vermischt.
Dieser bewirkt, dass die entstehenden Blasen relativ schnell an
die Oberfläche
des Klebstoff-Sirups steigen und dort platzen. Der über eine
gewisse Zeit abgestandene Klebstoff-Sirup ist dann blasenfrei.
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Häufig
werden Entschäumer
für lösungsmittelhaltige
Lacksysteme eingesetzt. Sie basieren in der Regel auf schaumzerstörenden Polymeren
und Polysiloxanen. Besser geeignet sind jedoch Copolymerisate von Alkylvinylethern
mit polaren Alkylvinyletherderivaten, wie sie in der
EP 0 379 166 beansprucht werden. Für den erfindungsgemäßen Polymerisationsklebstoff
werden vorzugsweise schaumzerstörende
Polymere gelöst
in Diisobutylketon (93 Gew.%) und Stoddard Lösungsmittel (4 Gew.%) eingesetzt,
wobei das Stoddard Lösungsmittel
Nota P mit weniger als 0,1 Gew.% Benzol verwendet wird. Ein geeigneter
handelsüblicher
Entschäumer dieser
Art, der bevorzugt verwendet wird, ist der Entschäumer BYK
060N, vertrieben durch die BYK-CHEMIE GmbH, Wesel, Deutschland.
Von dem Entschäumer
werden zwischen 0,3 und 1 Gew.% zugesetzt. Vorzugsweise werden 0,8
bis 1 Gew.% eingesetzt.
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Der Einsatz des Entschäumers führt dazu,
dass die sich beim Verrühren
des Sirups bildenden Blasen zügig
an die Oberfläche
des Sirups wandern und dort platzen.
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Es hat sich bewährt, für das Mattierungsmittel eine
pyrogene Kieselsäure
einzusetzen. Eine gefällte Kieselsäure als
Mattierungsmittel bewirkt einen leichten Gelbstich. Für den Strukturgeber
kann sowohl eine gefällte
Kieselsäure
als auch eine pyrogene Kieselsäure
eingesetzt werden. Wird für
den Strukturgeber eine gefällte
Kieselsäure
eingesetzt, führt
dies zwar auch zu einem schwachen Gelbstich, jedoch ist er so schwach, dass
er toleriert werden kann.
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Nachteilig wirken sich auch alle
nachbehandelten Kieselsäuren
aus. Die auf der Oberfläche
aufgebrachten Wachse färben
den Klebstoff bei der Aushärtung
gelb.
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Um den Polymerisationsklebstoff noch
weiter an die Oberflächenstruktur
der zu klebenden Materialien anzupassen, kann eine Kombination von
mindestens zwei Strukturgebern mit unterschiedlicher Korngröße verwendet
werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn der Polymerisationsklebstoff 1-10 Gew.% Mattierungsmittel und
1-10 Gew.% Strukturgeber enthält,
wobei Mattierungsmittel und Strukturgeber zusammen weniger als 11 Gew.%
zum Polymerisationsklebstoff beitragen. Oberhalb des angegebenen
Bereichs wird der Klebstoff-Sirup meist zu zähflüssig. Unterhalb des angegebenen
Bereichs ist der Mattierungseffekt in der Regel zu gering. Vorzugsweise
werden 1 bis 5 Gew.% sowohl des Mattierungsmittels als auch des
Strukturgebers zugesetzt. Als ideal hat sich ein Zusatz von 3 Gew.%
für beide
Substanzen erwiesen.
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Der Polymerisationsklebstoff lässt sich
insbesondere verwenden zum Herstellen eines Klebeverbunds aus mindestens
einem mattierten Gegenstand und einem weiteren Gegenstand. Er eignet
sich zum Verkleben von Teilen, die z. B. aus Acrylnitril-Butadien-Styrol
(ABS), Celluloseacetatbutyrat (CAB), Polystyrol (PS), Polycarbonat
(PC), Polyethylenterephthalatglykol (PETG), Polyvinylchlorid (PVC),
Styrol/α-Styrol-Copolymer (S/MS),
ungesättigtem
Polyester (UP) oder Holz bestehen können, insbesondere aber für Teile
aus PMMA.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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1. Ausführungsbeispiel
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Als erstes Ausführungsbeispiel wird ein Klebstoff
für PMMA-Platten
beschrieben, die durch Gießen
auf geätztes
Glas entstanden sind und daher zwar eine mattierte Oberfläche jedoch
mit einer geringen Rauhigkeit aufweisen. Die folgende Rezeptur kam
für den
Klebstoff zum Einsatz. Die Prozentangaben beziehen sich jeweils
auf Gew.%.
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Der Vernetzer unterstützt das
Vernetzen der Polymerisationsketten. Der Regler dämpft die
Polymerisation, so dass das Molekulargewicht in einem gemäßigten Bereich
bleibt. Der Lichtschutz absorbiert UV-Licht und führt zu einer
etwas besseren Oberflächenaushärtung.
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Der Stabilisator verhindert eine
vorzeitige Polymerisation. Diese soll erst im Moment der Verarbeitung stattfinden.
Dazu wird dem Klebstoff-Sirup vor der Verarbeitung ein geeigneter
Katalysator oder Härter
zu etwa 3-6 %, vorzugsweise 3 %, zugesetzt und mit diesem verrührt, bis
keine Schlieren mehr sichtbar sind. Ein üblicher Katalysator ist eine
5%ige Lösung
von Dibenzoylperoxid in Diisobutylphthalat.
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Der Ansatz kann direkt in einem Gefäß zusammen
gewogen und anschließend
vermischt werden. Für das
Dispergieren des Kieselsäure-Pulvers
benötigt
man einen Dispergierrührer,
z. B. mit einer Dissolverscheibe, die Zähne sowohl nach oben als auch
unten aufweist. Der Ansatz wird bei ca. 22 °C für 5-10 Min mit 6-8000 Umdrehungen/min
gerührt.
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Nach Zugabe des Katalysators beträgt die Aushärtungs-
bzw. Polymerisationszeit etwa 50 bis 55 Minuten. Die Vikat-Erweichungstemperatur
beträgt
78 °C bzw.
95 °C wenn
der Klebstoff nach dem Aushärten
5 Stunden bei 80 °C
getempert wurde. Der Restmonomergehalt beträgt 3,9 % bzw. 0,5 % nach dem
Tempern.
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Stumpfverklebung von den genannten
PMMA-Platten zeigt eine sehr gut Festigkeit der Klebenaht. Im Belastungstest
kommt es nicht zum Bruch der Klebenaht, sondern zum Bruch der verklebten
Kunststoffplatten (Materialbruch).
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Die Zugscherfestigkeitsmessung in
Anlehnung an DIN 53283 an einer 1,2 mm dicken Klebstoffschicht zwischen
zwei PMMA-Platten ergab Werte um 40 MPa (Megapascal), also deutlich über dem
typischerweise geforderten Wert von 15 MPa.
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Die Glanzmessung zum Bestimmen der
Mattigkeit nach DIN 67530 ergab für die mattierten PMMA-Platten
dieses Ausführungsbeispiels
einen Glanz-Wert unter einem Winkel von 20° von 0,3. Für den ausgehärteten Klebstoff
ergab sich ein Wert von 0,2. Der Klebstoff ohne Zusatz des Mattierungsmittels
und des Strukturgebers zeigt einen Glanz-Wert von 52. Es wurde also
eine hervorragende Anpassung an den Glanz der verklebten PMMA-Platten
erreicht.
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Die Rauhigkeitsmessung nach DIN 4768
an den Oberflächen
ergab für
die mattierten PMMA-Platten dieses Ausführungsbeispiels eine gemittelte
Rauhtiefe von ca. 13 μm.
Für den
ausgehärteten
Klebstoff ergab sich ein Wert von ca. 8 μm. Der Klebstoff ohne Zusatz
des Mattierungsmittels und des Strukturgebers zeigt eine Rauhtiefe
von 0,15 μm.
Auch in dieser Hinsicht wurde eine hervorragende Anpassung an die
Eigenschaften der verklebten PMMA-Platten erreicht.
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Die geschilderten quantitativen Messungen
erlauben eine Optimierung der Zusammensetzung des Klebstoffs zur
bestmöglichen
Anpassung an das zu verklebende Material.
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2. Ausführungsbeispiel
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Als zweites Ausführungsbeispiel wird ein Klebstoff
für PMMA-Platten
beschrieben, die im Extrusionsverfahren hergestellt wurden und denen
Lichtstreuperlen zugesetzt sind. Derartige Platten weisen eine höhere Oberflächen-Rauhigkeit
auf.
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Die Rezeptur für den Klebstoff entspricht
derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels
mit der einzigen Abweichung, dass als Strukturgeber eine gefällte Kieselsäure mit
einer mittleren Korngröße von 70-100 μm verwendet
wird.
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Nach Zugabe des Katalysators beträgt die Aushärtungs-
bzw. Polymerisationszeit etwa 45 Minuten. Die Vikat-Erweichungstemperatur
beträgt
77 °C bzw.
97 °C wenn
der Klebstoff nach dem Aushärten
5 Stunden bei 80 °C
getempert wurde. Der Restmonomergehalt beträgt 4,8 % bzw. 0,7 % nach dem
Tempern.
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Stumpfverklebung von den genannten
PMMA-Platten zeigt ebenfalls eine sehr gut Festigkeit der Klebenaht.
Im Belastungstest kommt es wiederum nicht zum Bruch der Klebenaht,
sondern zum Bruch der verklebten Kunststoffplatten (Materialbruch).
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Die Zugscherfestigkeitsmessung in
Anlehnung an DIN 53283 an einer 1,2 mm dicken Klebstoffschicht zwischen
zwei PMMA-Platten ergab Werte um 37 MPa, also immer noch deutlich über dem
typischerweise geforderten Wert von 15 MPa.
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Die Glanzmessung zum Bestimmen der
Mattigkeit nach DIN 67530 ergab für die mattierten PMMA-Platten
dieses Ausführungsbeispiels
einen Glanz-Wert unter einem Winkel von 20° von 1. Für den ausgehärteten Klebstoff
ergab sich ein Wert von 0,6. Es wurde also eine hervorragende Anpassung
an den Glanz der verklebten PMMA-Platten
erreicht.
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Die Rauhigkeitsmessung nach DIN 4768
an den Oberflächen
ergab für
die mattierten PMMA-Platten dieses Ausführungsbeispiels eine gemittelte
Rauhtiefe von ca. 23 μm.
Für den
ausgehärteten
Klebstoff ergab sich ein Wert von ca. 24 μm. Auch in dieser Hinsicht wurde
eine hervorragende Anpassung an die Eigenschaften der verklebten
PMMA-Platten erreicht.
